新型微球微阵列技术实现食源性病原体高通量检测

食源性病原体严重威胁全球公众健康，给经济带来沉重负担 。欧盟每年超 9 万例沙门氏菌病病例，美国每年因食源性病原体导致约 7600 万人患病。并且多种细菌性病原体常共存，会产生协同毒性。目前的检测技术，如传统细胞培养法繁琐耗时，光学、电化学生物传感器和免疫分析技术需特定探针，PCR 和质谱技术则对样本预处理、操作人员及仪器要求高，且均难以实现高通量快速检测多种目标病原体。

在此背景下，研究团队开发出全细胞分子印迹荧光光子微球微阵列工具。该工具以 3 - 甲酰基苯硼酸功能化硅烷和异硫氰酸荧光素功能化硅烷为单体，在三维多孔荧光光子微球表面合成不同细菌病原体的全细胞印迹聚合物。光子微球能增强荧光信号，经与目标细菌病原体孵育后，可特异性捕获病原体，通过荧光扫描仪读取微球荧光信号强度，就能得知样本中病原体浓度。

图 1：展示 MIP FPMs 的表面特性，包括金相显微图像、SEM 图像、FTIR 光谱和荧光特性。

图 2：呈现 MIP 和 NIP FPMs 与目标细菌病原体的结合动力学关系，显示荧光信号随时间变化情况。

图 3：反映荧光信号与目标细菌病原体浓度的关系，包括校准曲线、检测线性范围及荧光图像。

图 4：评估所开发方法的选择性，展示 MIP FPMs 对不同细菌病原体的响应差异。

实验结果显示，该微球微阵列对多种病原体检测表现出色。在检测范围上，沙门氏菌为10−10 ⁹ CFU/mL ，志贺氏菌为10 ² −10 ⁶ CFU/mL ，大肠杆菌 O157:H7 为10−10 ⁷ CFU/mL；检测限低，沙门氏菌为 3CFU/mL，志贺氏菌为 20CFU/mL，大肠杆菌 O157:H7 为 1CFU/mL。同时，该系统选择性良好，能有效区分不同种类和属的细菌病原体，在实际样本（牛奶和自来水）检测中，加标回收率在 78%-119% 之间，相对标准偏差为 2%-14%，与经典平板培养法基本一致。

图 5：展示所开发方法在实际样品（牛奶和自来水）中的回收率，对比不同细菌病原体的检测结果.

这种新型检测技术具有诸多优势，无需复杂样本预处理、富集培养和 DNA 扩增，也不需要昂贵设备和特殊探针，操作简便、成本效益高且通量高。该技术为食源性病原体的快速、高效检测开辟了新方向，在食品安全检测、环境监测等领域具有广阔应用前景。

参考文献：Zhang J, Liu X, Li Z, et al. Whole-Cell Molecularly Imprinted Fluorescent Photonic Microsphere Microarray for High-Throughput Detection of Foodborne Pathogens[J]. Analytical Chemistry, 2025.